CN102274956B

CN102274956B - 2219合金大直径圆铸锭晶粒细化方法

Info

Publication number: CN102274956B
Application number: CN 201110255244
Authority: CN
Inventors: 罗亦中; 唐剑; 杨荣东; 冯蜀君; 夏友龙
Original assignee: Southwest Aluminum Group Co Ltd
Current assignee: Southwest Aluminum Group Co Ltd
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2031-08-31
Also published as: CN102274956A

Abstract

本发明实施例公开了一种2219合金大直径圆铸锭晶粒细化方法，其步骤包括：加入铝钛合金块、铝钛硼合金块；测定并使得炉内熔体中的钛含量在0.02％～0.05％之间；铸造前和铸造过程中，控制炉内熔体温度为750℃～775℃；生产直径φ750mm～φ850mm规格铸锭采取每分钟20mm～25mm的铸造速度，生产直径φ900mm～φ1200mm规格铸锭采取每分钟15mm～20mm的铸造速度；铸造过程中，连续均匀地加入2.5千克/吨.铝～4.5千克/吨.铝的铝钛硼合金丝状细化剂；并控制结晶器内中心熔体温度为640℃～680℃；本方法生产2219合金φ750mm～1200mm圆铸锭的晶粒度达到一级水平。

Description

2219合金大直径圆铸锭晶粒细化方法

技术领域

本发明属于合金铸造工艺领域，尤其是一种2219合金大直径圆铸锭晶粒细化方法。

背景技术

在合金铸造工艺领域内，晶粒细化对铝合金的半连续铸造成型和合金产品性能都很有意义。一般情况下，铸锭的细化处理是指在少量特殊添加剂的作用或快速冷却或各种物理作用的影响下，提高金属或合金组织分散度。凡是能促进形核、抑制晶粒长大的处理，都能细化晶粒。

目前，控制晶粒尺寸最常用和有效的方法是在浇注前向熔体中加入形核剂，在铝的凝固过程中通过异质形核使晶粒细化。铝钛硼合金晶粒细化剂Al-Ti-B是目前国内公认的最有效的形核细化剂。关于Al-Ti-B细化晶粒的机理，目前比较成熟的理论是包晶学说。Al-Ti-B中的主要金属化合物有铝化物三铝化钛TiAl3，硼化物则为二硼化钛TiB2、二硼化铝AlB2。

Al-Ti-B中间合金通过加入钛的硼化物细化晶粒，在工业上已应用了几十年，到目前为止，国内外最广泛使用、有效、成熟的晶粒细化剂是Al-5Ti-1B的φ直径9.5mm的丝状细化剂，它是将丝状细化剂通过专用送线机构连续均匀地加入到静置炉与铸造机之间的流槽熔体之中，以这种方式加入细化剂时，它在熔体中分散度高、保持时间短，有利于提高细化效果和抗时间衰减，因而效果较好。Al-5Ti-1B丝常规加入量为0.8千克/吨.铝～1.5千克/吨.铝，能满足绝大多数合金、铸锭规格的细化要求，即指铸锭晶粒度达到一级。

但是，Al-5Ti-1B的φ9.5mm丝状细化剂含有可溶性的TiAl3；和不溶性的TiB2、AlB2(极少)质点。在实际生产条件下，受各种因素影响，TiB2质点易聚集成块，尤其在加入时由于熔体局部温度低，导致加入点附近粘稠，流动性差，使TiB2质点易聚集形成化合物夹杂，阻塞过滤器，影响净化、细化效果；TiB2质点除本身易聚集偏析外，还易与熔体中氧化膜或存在的盐类结合造成夹杂；合金中的锆Zr、铬Cr、锰Mn、钒V还可以使TiB2中毒失去细化作用，造成粗晶组织。其中，1)锆中毒的原因是：TiAl3，TiB2中的部分钛被锆所取代，形成了铝化物(TiX，ZrX)Al3，硼化物(TiX，ZrX)B2，改变了点阵常数，形核作用消失，这些相组成已为实验所证实；2)铬中毒的原因是：铬取代TiAl3，TiB2中的部分钛，形成铝化物(TiX，CrX)Al3和硼化物(TiX，CrX)B2，同样改变了点阵常数，发生中毒现象，实验中也已找到了这些相组成；3)锰、钒使细化效果下降原因是：六铝化锰MnAl6、铝化物(Mn、Fe)Al6、三铝化钒VAl3与TiAl3，TiB2粒子相互之间聚集长大，引起细化衰退。

综上所述，由于2219合金含使Al-5Ti-1B中毒失去细化作用的Zr、Mn、V元素，且含量较高，所以在目前已知合金中，是使用丝状Al-5Ti-1B细化效果最不理想的合金。对生产直径φ310mm以上规格圆铸锭，其晶粒度就难于控制，对于生产直径φ≥750mm的2219合金铸锭，如按Al-5Ti-1B丝状细化剂的常规加入量(0.8千克/吨.铝～1.5千克/吨.铝)，其晶粒细化效果很不理想，铸锭晶粒一般只能在4～7级水平。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种2219合金大直径圆铸锭晶粒细化方法，采取本发明生产2219合金直径750mm～1200mm铸锭的晶粒度达到一级水平，铸锭成型率高，且无其他铸锭冶金缺陷产生。

所述的一种2219合金大直径圆铸锭晶粒细化方法，包括步骤：

加入铝钛合金块Al-Ti块、铝钛硼合金块Al-Ti-B块；

测定并使得炉内熔体中的钛Ti含量在0.02％～0.05％之间；

铸造前和铸造过程中，控制炉内熔体温度为750℃～775℃；

根据生产规格选取铸造速度对2219合金进行铸造，生产直径φ750mm～φ850mm规格铸锭采取每分钟20mm～25mm的铸造速度，生产直径φ900mm～φ1200mm规格铸锭采取每分钟15mm～20mm的铸造速度；

铸造过程中，连续均匀地加入2.5千克/吨.铝～4.5千克/吨.铝的铝钛硼合金丝状细化剂Al-5Ti-1B；

并同时控制结晶器内中心熔体温度为640℃～680℃。

相对于现有技术方案，本发明实施例在Al-5Ti-1B丝状细化剂加入前，加入Al-Ti块、Al-Ti-B块，并控制炉内熔体Ti的含量，实现熔体大的成分过冷，但又不至于引起化合物聚集；控制铸造温度，实现熔体良好流动性，TiB2质点不被过滤装置阻塞或被其他化合物质点俘获长大、聚集，避免结晶器内熔体温度过高，使细化剂产生高温衰减；控制铸造速度，采用相对于常规生产条件下每分钟增加5mm～10mm的铸造速度，实现防止化合物的长大、聚集，另外采取此铸造速度也不会造成铸锭局部晶粒粗大或羽毛状晶；在铸造过程中，连续均匀地加入Al-5Ti-1B丝状细化剂2.5千克/吨.铝～4.5千克/吨.铝，在上述铸造条件下，实现TiB2质点不会产生聚集和被过滤装置阻塞，保证过滤后熔体存在足够多的形核质点。采取本发明方法生产的2219合金直径750mm～1200mm圆铸锭的晶粒度达到一级水平，铸锭成型率高，通常为100％，且无其他铸锭冶金缺陷产生。

附图说明

图1为本发明提供的2219合金大直径圆铸锭晶粒细化方法中实施例的方法流程图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种2219合金大直径圆铸锭晶粒细化方法，解决生产直径φ750mm～1200mm的2219合金铸锭的晶粒粗大问题。

下面结合实施例对本发明进一步描述：

本发明实施例一提供了一种2219合金大直径圆铸锭晶粒细化方法，请结合图1，其步骤包括：

101、加入铝钛合金块Al-Ti块、铝钛硼合金块Al-Ti-B块；

在Al-5Ti-1B丝状细化剂加入前，加入铝钛合金块Al-Ti块，其加入量根据熔炼炉钛Ti含量进行控制；加入铝钛硼合金块Al-Ti-B块，其加入量控制在1.0千克/吨.铝～2.0千克/吨.铝。

可以理解的是，铝钛合金块Al-Ti块、铝钛硼合金块Al-Ti-B块种类较多，行内通常采用铝钛合金块Al-3Ti块、铝钛硼合金块Al-5Ti-1B块，此处不作限定。

102、测定并使得炉内熔体中的钛Ti含量在0.02％～0.05％之间；

测定步骤101中所得炉内熔体中的钛Ti含量，控制其Ti含量在0.02％～0.05％之间。

可以理解的是，步骤101与步骤102，其共同目的为实现熔体大的成分过冷，但又不至于引起化合物聚集。

103、铸造前和铸造过程中，控制炉内熔体温度为750℃～775℃；

铸造前和铸造过程中，控制炉内熔体温度为750℃～775℃，实现熔体良好流动性，实现防止化合物和夹杂的产生。

104、根据生产规格选取铸造速度对2219合金进行铸造；

根据生产规格选取铸造速度对2219合金进行铸造，采用相对于现在生产条件下每分钟增加5mm～10mm的铸造速度，即生产直径φ750mm～φ850mm规格铸锭采取每分钟20mm～25mm的铸造速度，生产直径φ900mm～φ1200mm规格铸锭采取每分钟15mm～20mm的铸造速度。

采用这种铸造速度，实现防止化合物的长大、聚集，另外也不会造成铸锭局部晶粒粗大或羽毛状晶。

105、铸造过程中，连续均匀地加入2.5千克/吨.铝～4.5千克/吨.铝的铝钛硼合金丝状细化剂Al-5Ti-1B；

铸造过程，一边控制铸造速度，一边向炉内加入2.5千克/吨.铝～4.5千克/吨.铝的铝钛硼合金丝状细化剂Al-5Ti-1B。

可以理解的是，通常情况下，因为进口的Al-5Ti-1B丝中，TiAl3和TiB2质点相对细小、弥散，故本实施例选用KBA(KB Alloys Inc)的Al-5Ti-1B丝状细化剂。

106、控制结晶器内中心熔体温度为640℃～680℃；

在铸造过程，一边铸造，一边控制结晶器内熔体温度，使得结晶器内中心熔体温度640℃～680℃，控制结晶器内熔体温度实现了熔体良好流动性，TiB2质点不被过滤装置阻塞或被其他化合物质点俘获长大、聚集，同时避免结晶器内熔体温度过高，使所加入的细化剂产生高温衰减。

需要说明的是，步骤103、步骤104、步骤105和步骤106可以先后发生，也可以同时发生，以控制结晶器内中心熔体温度640℃～680℃为目标；即在铸造过程中，需要调整炉内熔体温度、铸造速度来控制结晶器内熔体温度，还要一边加入细化剂。

本发明实施例提供的晶粒细化方法，在加入2.5千克/吨.铝～4.5千克/吨.铝的铝钛硼合金丝状细化剂步骤之后还包括：

对炉内熔体进行在线除气、在线过滤；

检测过滤后熔体中钛Ti、硼B的成分，使得钛Ti的成分在0.04％～0.07％之间，硼B的成分在0.0020％～0.0045％之间。

在铸造后，还包括检测铸锭的低倍组织，使得无低倍组织缺陷，即没有一次晶化合物偏析，无夹杂或无其他低倍组织缺陷；同时对铸锭进行氧化膜级别检测，使其达到A级探伤要求。

本发明实施例提供一种2219合金大直径圆铸锭的晶粒细化方法，采取本发明方法生产2219合金直径750mm～1200mm圆铸锭的晶粒可稳定达到晶粒度一级水平，解决了2219合金直径750mm～1200mm铸锭的晶粒粗大问题。

需要说明的是，晶粒度一级水平的判定标准是根据国家标准GB/T3241.1～3246.2-2000，变形铝即铝合金制品组织检验方法进行参考判定。请参考表1，为晶粒度级别与平均晶粒面积参数的关系表。

表1

以上对本发明所提供的一种2219合金大直径圆铸锭晶粒细化方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种2219合金大直径圆铸锭晶粒细化方法，其特征在于，包括步骤：

加入铝钛合金块Al-3Ti块、铝钛硼合金块Al-5Ti-1B块；

测定并使得炉内熔体中的钛Ti含量在0.02%~0.05%之间；

铸造前和铸造过程中，控制炉内熔体温度为750℃~775℃；

根据生产规格选取铸造速度对2219合金进行铸造，生产直径φ750mm~φ850mm规格铸锭采取每分钟20mm~25mm的铸造速度，生产直径φ900mm~φ1200mm规格铸锭采取每分钟15mm~20mm的铸造速度；

铸造过程中，连续均匀地加入2.5千克/吨.铝~4.5千克/吨.铝的铝钛硼合金丝状细化剂Al-5Ti-1B；

并同时控制结晶器内中心熔体温度为640℃~680℃。

2.根据权利要求1所述的细化方法，其特征在于：

加入铝钛合金块Al-3Ti块，其加入量根据熔炼炉钛Ti含量进行控制；

加入铝钛硼合金块Al-5Ti-1B块，其加入量为1.0千克/吨.铝~2.0千克/吨.铝。

3.根据权利要求1所述的细化方法，其特征在于，所述加入2.5千克/吨.铝~4.5千克/吨.铝的铝钛硼合金丝状细化剂步骤之后包括：

对炉内熔体进行在线除气、在线过滤；

检测过滤后熔体中钛Ti、硼B的成分，使得钛Ti的成分在0.04%~0.07%之间，硼B的成分在0.0020%~0.0045%之间。

4.根据权利要求1所述的细化方法，其特征在于，所述细化方法还包括：

检测铸造后铸锭的低倍组织和氧化膜级别，使得铸锭无低倍组织缺陷，铸锭氧化膜级别达到A级探伤要求。